V - Cours - Ãcole Polytechnique de MontrÃ©al

CIRCUITS ÉLECTRONIQUES 

ELE2302 

Chap. 2 : Diodes – Applications 

Abdelhakim Khouas 

Tél. : 340-4711 poste 5116 

Local : M-5416 

Courriel : akhouas@polymtl.ca 

Département de Génie Électrique 

École Polytechnique de Montréal

Objectifs 

Appliquer les notions théoriques vues la semaine 

dernière 

Apprendre à analyser des circuits conçus avec des 

diodes 

Se familiariser avec certaines applications importantes 

en électronique 

• Régulateur de tension 

• Convertisseur AC-DC 

ELE2302 – Chap. 2 : Diodes - Applications 1 

© A. Khouas, 2005

Plan 

Régulateur de tension avec la diode Zener 

Convertisseur AC-DC 

Redresseurs 

• Redresseur simple alternance 

• Redresseur double alternance 

• Redresseur en pont 

• Redresseur avec filtre 

Autres applications 

Autres types de diode 


© A. Khouas, 2005

Régulateur de tension 

C’est quoi ? 

• C’est un circuit qui permet de fournir une tension constante 

Pourquoi ? 

• Pour garder la tension la plus constante possible, lorsqu‘on a : 

 

 

Comment ? 

Changement dans le courant de charge (résistance de charge) 

Variations dans la tension d’alimentation 

• Utilisation de la diode en polarisation directe 

Voir modèle chute de tension de la diode 

• Utilisation de la diode en polarisation inverse (diode Zener) « Shunt 

regulator » 


© A. Khouas, 2005

Diode Zener (rappel) 

C’est quoi une diode Zener ? 

• Diode qui a été modifiée pour qu’elle fonctionne 

en région de Cassure 

Équation de la diode Zener 

(caractéristique i-v) 

• Pour un courant I Z 

>I ZK 

, on a : 

V = V + r I 

Z Z0 

Z Z 

• I ZK 

: Courant de Knee Zener 

• r Z 

: résistance incrémentale au point d’opération 

• V Z0 

: Tension correspondant à l’intersection de la 

droite avec l’axe I Z 

=0 (V Z0 

=V ZK 

) 

Microelectronic Circuits – Fifth Edition 

Copyright © 2004 by Oxford University Press, Inc. 


© A. Khouas, 2005

Régulateur de tension (diode Zener) 

Exemple d’un régulateur de tension 

On dispose d’un bloc d’alimentation 

fournissant une tension V + de 10V 

avec des variation de ±1V. On désire 

régulariser la sortie à 6,8V en utilisant 

le circuit exemple « shunt regulator » 

ci-contre. La diode Zener utilisée est 

une 6.8V-5mA diode avec I ZK 

=0.2 mA 

et r Z 

=20 Ω. La résistance R=0.5kΩ. 




© A. Khouas, 2005



a) Calculer V o sans la charge et lorsque 

V + =10V. 

b) Calculez ΔV o produit par un changement de 

±1V sur V + «lineregulation» 

c) Calculez ΔV o produit en branchant une 

résistance de charge R L =2kΩ «load 

regulation » 

d) Calculez V o produit en branchant une 

résistance de charge R L =0,5kΩ 

e) Quelle est la plus petite valeur de R L qui 

permet de faire fonctionner la diode Zener 

dans la région de cassure ? 




© A. Khouas, 2005


Exemple d’un circuit régulateur de tension utilisant la diode 

Zener « shunt regulator », (a) circuit et (b) circuit équivalent 




© A. Khouas, 2005



Caractéristiques de la diode : 6.8V-5mA avec I ZK 

=0.2 mA et r Z 

=20 Ω. 

a) Calcul de V o sans la charge 

1- Calcul de V , on a : 6.8 = V + 20× 

0.005 

Z 0 

Z0 Z0 

⇒ V = 6.8 − 0.1 = 6.7V 

2- Calcul de V sans charge : V = V 

I 

Z 

0 0 Z 0 Z Z 

V −V 

10 − 6.7 

R+ r 500 + 20 

+ 

Z 0 

= = = 

On a : V = V + r I 

0 

Z 

0 Z0 

Z Z 

⇒ V = 6.7 + 20× 6.35 = 6.83V 

6.35mA 




© A. Khouas, 2005 

+ 

r I





=20 Ω. 

b) Calcul de ΔV o pour ΔV + =±1V 

On a : V = V 

⇒Δ V = r ΔI 

On a : 

0 

I 

Z 

0 Z0 

Z Z 

Z 

Z 

+ r I 

V −V ΔV 

= ⇒Δ = 

R r R r 

+ + 

Z 0 

IZ 

+ 

Z 

+ 

Z 

+ 

ΔV 

20 

⇒Δ V0 

= rZ 

=± =± 38.5mV 

R+ 

r 520 

Z 




© A. Khouas, 2005





=20 Ω. 

c) Calcul de ΔV o pour R L =2kΩ 

Le courant dans la charge est : 

6.8 

IL 

= 3.4mA 

2 

Donc ΔI = − I =−3.4mA 

On a : Δ V = r ΔI 

0 

Z 

0 

Z 

⇒Δ V = 20 × ( − 3.4) = 68mV 

L 

Z 




© A. Khouas, 2005





=20 Ω. 

d) Calcul de V o pour R L =0.5kΩ 

Si on considère que V 6.8V alors : 

le courant dans la charge est : 

6.8 

IL 

= 13.6 mA (ce qui est impossible) 

0.5 

Donc la diode est bloquante 

R 

⇒ =0 et = 

+ L 

V0 

IL 

V R + R 

L 

0.5 

⇒ V0 

= 10 = 5V 

1 

0 




© A. Khouas, 2005





=20 Ω. 

e) Calcul de la plus petite valeur de R L qui permet de faire 

fonctionner la diode Zener dans la région de cassure 

Le courant min est : I = 0.2mA 

⇒ V = + × × 

0 

Z min 

−4 

6.7 20 0.2 10 6.7 

Le courant fourni à travers R est : 

+ 

V −V0 

10 − 6.7 

I = = = 6.6mA 

R 500 

Le courant à travers R est : I = 6.6 − 0.2 = 6.4mA 

R 

V 

6.7 

1.05k 

0 

⇒ 

Lmin 

= = Ω 

I 

L 

6.4 

L 

L 


© A. Khouas, 2005 

V 


Copyright © 2004 by Oxford University Press, Inc.

Redresseur 

C’est quoi ? 

• C’est un circuit qui permet de transformer une source de tension 

alternative, dont la valeur moyenne est nulle, en une tension dont la 

valeur moyenne est plus grande que zéro 

Le redresseur est l’application des diodes la plus importante 

Pourquoi ? 

• Le redresseur est utilisé dans les blocs d’alimentation DC 

Types de redresseur : 

• Redresseur simple alternance 

• Redresseur pleine onde avec prise médiane 

• Redresseur pleine onde en pont 


© A. Khouas, 2005

Redresseur 

Diagramme bloc d’un circuit d’alimentation DC. Le circuit d’alimentation 

permet d’obtenir une tension DC aussi constante que possible, il est 

composé des blocs suivants : 

1) Transformateur 

2) Redresseur 

3) Filtre 

4) Régulateur de tension 




© A. Khouas, 2005

Redresseur simple alternance 

Diode ON 

Diode OFF 

Redresseur simple alternance et la réponse du circuit dans le cas 

d’une diode idéale 




© A. Khouas, 2005


Calcul de la fonction de transfert 

Pour v p V , on a : v = 0 

s 

D0 0 

Pour v f V , on a : 

s 

D0 

R 

v = ( v −V 

) (Diviseur de tension) 

0 s D0 

R+ 

rD 

Pour R r , on a : 

D 

v v −V 

0 s D0 




© A. Khouas, 2005


2 

V D0 

1 

v0 

vs 

V D0 

Tension (V) 

0 

-1 

-2 

0 

Temps 

Signaux d’entrée et de sotie d’un redresseur simple alternance (R>>r D ) 


© A. Khouas, 2005


4 

4 

3 

3 

2 

v0 

vs 

2 

v0 

vs 

Tension (V) 

1 

0 

-1 

Tension (V) 

1 

0 

-1 

-2 

-2 

-3 

-3 

-4 

0 

-4 

0 

Temps 

Temps 

(a) 

(b) 

Signaux d’entrée et de sotie d’un redresseur simple 

alternance, a) pour R=100*r D 

et b) pour R=r D 


© A. Khouas, 2005


8 

1 

6 

0.8 

4 

2 

v0 

vs 

0.6 

0.4 

v0 

vs 

Tension (V) 

0 

-2 

Tension (V) 

0.2 

0 

-0.2 

-4 

-0.4 

-6 

-0.6 

-8 

-0.8 

0 

Temps 

-1 

0 

Temps 

(a) 

(b) 

Signaux d’entrée et de sotie d’un redresseur simple 

alternance, a) pour Vs =10*V D0 

et b) pour Vs=1.1*V D0 


© A. Khouas, 2005


(a) Redresseur simple alternance, (b) circuit 

équivalent, (c) fonction de transfert du 

redresseur, et (d) signaux d’entrée et 

de sortie du circuit 




© A. Khouas, 2005


Caractéristiques importantes d’un redresseur 

• la tension inverse de crête « Peak Inverse Voltage » (PIV) 

• le courant maximum 

Tension PIV 

• C’est la tension inverse maximale aux bornes de la diode 

pour laquelle celle-ci demeure bloqué mais n’entre pas 

dans la région de cassure 

Courant maximum 

• C’est la valeur maximum du courant en polarisation 

directe que la diode peut supporter 


© A. Khouas, 2005


Exemple d’un redresseur simple alternance 

Soit le redresseur simple alternance composé d’une diode 

en série avec une résistance R=100Ω. On suppose que 

la diode possède un V DO =0,7V et une résistance r D 

négligeable devant R et que l’entrée est un signal 

sinusoïdal de 12V (rms) 

a) Quel est l’angle total de conduction ? 

b) Calculer la valeur moyenne de la tension de sortie v o 

c) Quel est le courant maximum passant dans la diode ? 

d) Quelle doit être la tension PIV de la diode ? 


© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 


Exemple d’un redresseur simple 

14 

alternance 

12 

10 

v0 

vs 

a) Calcul de l’angle total de conduction 

Le signal d'entrée est : v ( t) = V sin( θ ( t)) 

La diode conduit pour : v ( t) 

f V 

V 

⇒ sin( θ ( t)) 

f 

V 

⇒ 

⇒ 

⇒ 

D0 

D0 

−1 D 0 −1 

D 

sin ( ) θ( ) π −sin ( 0 ) 

s 

0.7 0.7 

pθ 

t pπ 

− 

12 2 12 2 

−1 −1 

sin ( ) ( ) sin ( ) 

−1 −1 

sin (0.041) ( ) sin (0.041) 

⇒ θ = 2.35° pθ 

( t) p177.65° 

c 

V 

V 

p 

s 

t 

pθ 

t 

p 

s 

s 

pπ 

− 

s 

V 

V 

s 

Tension (V) 

Tension (V) 

2 

1.8 

1.6 

1.4 

1.2 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

8 

6 

4 

2 

0 

-2 

0 

0 

Zoom 

Angle de conduction 

v0 

vs


© A. Khouas, 2005 



b)Calcul de la valeur moyenne de la tension de sortie v o 

Le signal d'entrée est : v = V sin( θ) = 2V 

sin( θ) 

Le signal de sortie est : 

s s s_ 

rms 

v 

0 

⎧0 (vs ≤ VD0 

) 

= ⎨ 

⎩vs − VD0 (vs ≥ VD0) 

1 2π 1 π−θc 

1 π 

0moy = ∫ 0 

0 

= ∫ s 

− ∫ 

θ= θ= θ 

D0 θ= 

0 

s 

− 

D0 

V v ( θ ) dθ ( v V ) dθ ( v V ) dθ 

2π 2π c 

2π 

1 π 

1 

⇒ V0 

moy 

= ∫ ( Vs 

sin( θ) − V 

0) (2 

0) 

2π 

0 

D 

dθ = Vs −πV 

θ = 

D 

2π 

Vs 

VD0 

⇒ V0 

moy 

= − = 5.05V 

π 2


© A. Khouas, 2005 



c) Calcul du courant maximum passant dans la diode 

Vs _ crête 

− VD 0 

2 × Vs _ rms 

−VD 

0 

Imax 

= = 

R 

R 

12 2 − 0.7 

⇒ Imax 

= = 163mA 

100 

d) Calcul de la tension PIV de la diode 

( Tension _ inverse) = v − v = 0− v =−v 

D OFF 0 s s s 

PIV = ( Tension _ inv) = V = 2V = 12 2 = 17V 

D OFF, v =−V s s_ 

rms 

Il est recommandé de choisir PIV = 2× V = 34V 

s 

s 

s


Tension moyenne 

• La tension moyenne est donnée par : 

V moy 

=(V s 

/π)-(V D0 

/2) 

Tension PIV 

• La tension PIV de la diode est : 

 

PIV = V s 


• Le courant maximum est donné par : 

 

I max 

=(V s 

-V D0 

)/R 


© A. Khouas, 2005

Redresseur double alternance 

Contrairement au redresseur simple alternance qui 

utilise une seule alternance du signal sinusoïdal pour 

générer la tension DC, le redresseur double 

alternance utilise les deux alternances de la 

sinusoïde 

Deux implémentations 

• Circuit redresseur plein onde avec prise médiane 

• Circuit redresseur en pont 


© A. Khouas, 2005

Redresseur pleine onde 

Première implémentation du circuit 

redresseur double alternance est 

donnée par le circuit ci-contre 

v 

v 

s 

s 

≥V 

D0 

≤−V 

D0 

⇒ 

D0 s D0 

D1 conduit et D2 bloquée 

⇒ v = v −V ( R r ) 

⇒ 

−V ≤v ≤V 

⇒ 

0 s D0 

D 

D2 conduit et D1 bloquée 

⇒ v =−v −V ( R r ) 

0 s D0 

D 

D1 et D1 bloquées 

⇒ v = 

0 

0 

Redresseur double alternance 

pleine onde 




© A. Khouas, 2005


2 

V D0 

v0 

vs 

1 

V D0 

Tension (V) 

0 

-V D0 

-1 

-2 

0 

Temps 

Signaux d’entrée et de sotie d’un redresseur double alternance plein onde (R>>r D ) 


© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 


Exemple d’un redresseur pleine onde 

Soit le redresseur pleine onde vu précédemment. On 

suppose que les deux diodes possèdent un V DO =0,7V et 

une résistance r D négligeable devant R=100Ω et que 

l’entrée est un signal sinusoïdal de 12V (rms) 

a) Quel est le % de la période de la sinusoïde d’entrée 

pendant lequel l’une ou l’autre des diodes conduit ? 

b) Quelle est la tension moyenne DC à la sortie ? 

c) Quel est le courant maximum passant dans chaque 

diode ? 

d) Quelle est la tension PIV que doit supporter chaque 

diode ?



a) Calcul du % de la période 

Le signal d'entrée est : v ( t) = V sin( θ ) = 2V 

sin( θ ) 

La diode D conduit pour : v ( t) 

s s s_ 

rms 

1 s D0 

⇒θ pθ pπ − θ ( θ = 0.041 rd) 

c c c 

2 s 

D0 

⇒ π + θ pθ p 2π −θ 

c 

Le % de la période est : 

c 

f V 

La diode D conduit pour : v ( t) 

p 

2( π − 2 θ c 

) 

× 100 = 97.4% 

2π 


© A. Khouas, 2005 

−V 




© A. Khouas, 2005 



b) Calcul de la tension moyenne DC à la sortie de sortie 


sin( θ) 

s s s_ 

rms 

⎧vs −VD0 (vs ≥VD0) 

⎪ 

Le signal de sortie est : v0 = ⎨−vs −VD0 (vs ≤VD0) 

⎪ 

⎩0 (-VD0 ≤vs ≤VD0) 

1 π 

1 2π 

V ∫ 

0moy ( v 

0 

s 

− VD0) dθ 

+ ∫ ( −vs −VD 

0) 

dθ 

2π 

θ = 

2π 

θ= 

π 

1 π 

2 2V 

s_ 

rms 

⇒ V0moy = 2 × ∫ ( v 

0 

s 

− VD0) dθ 

= − VD 

0 

= 10.1V 

2π 

θ = 

π



c) Calcul du courant maximum passant dans chaque diode 

V 2 

s 

−V 

× V 

D0 

s _ rms 

−VD0 

Imax 

= = 

R 

R 

12 2 − 0.7 

⇒ Imax 

= = 163mA 

100 

d) Calcul de la tension PIV de chaque diode 

( Tension _ inverse ) = v − v = ( −v −V ) −v 

D1 D1 OFF 0 s s D0 

s 

PIV = ( Tension _ inverse ) = ( V −V ) −( −V 

) 

D1 D1 D1 OFF, v =−Vs s D0 

s 

⇒ PIV = PIV = 2V − V = 33.2V 

D1 D2 s D0 


© A. Khouas, 2005 

s 




© A. Khouas, 2005 


Tension moyenne 

• La tension moyenne pour un signal redressé plein onde 

est deux fois plus grande que celle obtenu avec un 

redresseur demi-onde 

 

V moy 

=(2V s 

/π)-V D0 

Tension PIV 

• La tension PIV des deux diodes est pratiquement deus fois 

plus que pour le redresseur simple alternance 

 

PIV = 2V s 

-V D0 


• Le courant maximum est le même que pour le redresseur 

simple alternance 

 

I max 

=(V s 

-V D0 

)/R

Redresseur en pont 

Deuxième implémentation du circuit redresseur double 

alternance est le redresseur en pont réalisé par le 

circuit suivant : 

Redresseur double alternance en pont 




© A. Khouas, 2005


Fonctionnement du redresseur en pont 

v ≥2V ⇒D ,D ON et D ,D OFF ⇒v v −2 V ( R r ) 

s D0 1 2 3 4 0 s D0 

D 

v ≤−2V ⇒D ,D OFF et D ,D ON ⇒v −v −2 V ( R r ) 

s D0 1 2 3 4 0 s D0 

D 

−2V ≤v ≤2V ⇒D ,D ,D et D OFF⇒ v = 0 

D0 s D0 1 2 3 4 0 

Alternance positive 

Alternance négative 




© A. Khouas, 2005


2 

2V D0 

v0 

vs 

1 

2V D0 

Tension (V) 

0 

-V D0 

-1 

-2 

0 

Temps 

Signaux d’entrée et de sotie d’un redresseur en pont (R>>r D ) 


© A. Khouas, 2005


Exemple d’un redresseur en pont 

Soit le redresseur pleine onde vu précédemment. On 

suppose que toutes les diodes possèdent un V DO =0,7V et 

une résistance r D négligeable devant R=100Ω et que 

l’entrée est un signal sinusoïdal de 12V (rms) 

a) Quelle est la tension moyenne DC à la sortie ? 

b) Quel est le courant maximum passant dans chaque 


c) Quelle est la tension PIV que doit supporter chaque 



© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 



a) Calcul de la tension moyenne DC à la sortie de sortie 


sin( θ) 

s s s_ 

rms 

⎧vs −2 VD0 (vs ≥2 VD0) 

⎪ 

Le signal de sortie est : v0 = ⎨−vs −2 VD0 (vs ≤2 VD0) 

⎪ 

⎩0 (-2VD0 ≤vs ≤2 VD0) 

1 π 

1 2π 

V0moy ( v 2 

0 

s 

VD 

0) dθ 

( 

2π∫ 

− + − 

θ = 

0 

2π∫ 

vs 

− 2 VD 

) dθ 

θ= 

π 

1 π 

2 2V 

s_ 

rms 

⇒ V0moy = 2 × ( v 2 

0 

s 

VD 0) dθ 

2VD 

0 

9.4V 

2π 

∫ − = − = 

θ = 

π



b) Calcul du courant maximum passant dans chaque diode 

I 

max 

2 

0 

_ 

2 

s 

− 2V 

V 

D s rms 

VD0 

V 

= = 

R 

× − 

12 2 −1.4 

⇒ Imax 

= = 156mA 

100 

c) Calcul de la tension PIV de chaque diode 

( Tension _ inverse ) = v − v =−v −v 

R 

D1 D1 OFF 0 anode s D0 3 

PIV = ( Tension _ inverse ) = V −V 

D1 D1 D1 OFF, v =−Vs s D0 

⇒ PIV = PIV = PIV = PIV = 2V − V = 16.3V 

D1 D2 D3 D4 s D0 


© A. Khouas, 2005 

s 




© A. Khouas, 2005 


Caractéristiques 

• La tension moyenne est : 

 

V moy 

=(2V s 

/π) -2V D0 

• Le courant maximum dans les diodes est : 

 

I max 

=(V s 

-2V D0 

)/R 

• La tension PIV des diodes est : 

 

PIV = V s 

-V D0 

Redresseur en pont vs. redresseur pleine onde 

• Moins de diodes pour le redresseur pleine onde 

• Pas de prise médiane pour le redresseur en pont 

• PIV deux fois plus faible pour le redresseur en pont


© A. Khouas, 2005 

Comparaison des redresseurs 

Simple alternance Pleine onde Pont 

# diodes 1 2 4 

Tension crête Vs_crête-VD0 Vs_crête-VD0 Vs_crête-2VD0 

Tension DC 

moyenne 

(Vs_crête/π)-VD0/2 (2*Vs_crête/π)-VD0 (2*Vs_crête/π)-2*VD0 

Courant max (Vs_crête-VD0)/R (Vs_crête-VD0)/R (Vs_crête-2*VD0)/R 

PIV Vs_crête 2*Vs_crête-VD0 Vs_crête-VD0 

Fréquence 

d'ondulation 

f 2f 2f 

Comparaison des trois circuits redresseurs (R>>r D )

Redresseur avec filtre 

Problématique 

• Les tensions de sortie des redresseur vus précédemment 

ne permettent pas d'alimenter les circuits électroniques 

qui requièrent une tension DC constante 

Solution 

• La technique la plus simple pour réduire les variations de 

la tension de sortie du redresseur est d’utiliser une 

capacité en parallèle avec la résistance de charge 


© A. Khouas, 2005


Cas du redresseur simple alternance avec filtre 

• Sans résistance de charge 

• Diode idéale 




© A. Khouas, 2005


Fonctionnement du 

redresseur simple alternance 

avec filtre et avec une 

résistance de charge, 

a) Circuit 

b) Courbes des tensions 

c) Courbes des courant 




© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 


Remarques: 

• Pour que le circuit fonctionne correctement, il faut que la 

période T



• Calcul de la tension d’ondulation V r 

⎧vI pour vI f Vr 

v0 

= ⎨ −t/ 

RC 

Vr 

: tension d'ondulation 

⎩ Ve 

p 

pour vI p Vr 

La valeur de V est tel que : V e = V −V 

- T/ 

RC 

r p p r 

- T/ 

RC 

Pour T RC on a : Vpe Vp(1 ) 

T 

Vp(1 − ) Vp −Vr 

RC 

T 1 

⇒ Vr = Vp = Vp 

RC fRC 




© A. Khouas, 2005 

− 

T 

RC


© A. Khouas, 2005 



• Calcul de l’angle de conduction 

Soit θ = ωΔt l'angle de conduction 

c 

π 

On a : Vp − Vr = Vpsin( − θ 

c) = Vpcos( θ 

c) 

2 

2 

θc 

Pour θc 

petit : cos( θc) = 1− 

2 

2 

θc 

⇒Vp − Vr = Vp −Vp ⇒θc= ωΔ t = 

2 

2V 

V 

p 

r 

1 

Le temps de conduction est : Δ t = 

ω 

2V 

V 

p 

r


© A. Khouas, 2005 



• Calcul du courant moyen traversant la diode 

On a : iD = iC + iL ⇒ iDmoy = iCmoy + iLmoy 

π 

dvo dvi 1 dv 

2 

i 

C ⎡ π π ⎤ 

iC = C = C ⇒ iCmoy = ∫ π C dt = vi( ) −vi( − θ 

C) 

dt dt Δt θ= −θC 

2 

dt Δt ⎢ 

⎣ 2 2 ⎥ 

⎦ 

C 

CVr 

vi = Vpsin( θ ) ⇒ iCmoy = ⎡Vp −( Vp − Vr) 

⎤ = 

Δt 

⎣ 

⎦ Δt 

π 

vo vi 1 v V 

2 i 

p 

Vpθc 

V 

i = = ⇒ i sin( ) 

L 

Lmoy 

= ∫ 

p 

π dt = θc 

= 

R R Δt 

θ= −θC 

2 

R ωΔtR 

ωΔtR R 

2V 

Vp Vp 2V 

r 

p 

On a : θc 

= ωΔ t = et C = ⇒ iDmoy 

= (1 + π ) 

V V fR R V 

p r r


© A. Khouas, 2005 



• Calcul du courant moyen traversant la diode (2 ème méthode) 

Soit Q la charge fournie à travers la diode : Q = ( i −i ) Δt 

ch ch Dmoy Lmoy 

Soit Q la charge dissipée par R : Q = CΔ V = CV 

dech dech r 

Q = Q ⇒( i −i ) Δ t = CV 

ch dech Dmoy Lmoy r 

1 2V 

Vp 

V 

r 

p 

On a : Δ t = , iLmoy 

= et C = 

ω V R V fR 

p 

r 

⇒ 

i 

Dmoy 

Vp 

2Vp 

= (1 +π ) 

R V 

r


© A. Khouas, 2005 



• Calcul du courant maximum traversant la diode 

dvi 

Pendant la phase ON de la diode, on a : iD 

= C + iL 

dt 

dvi 

vi = Vpsin( ωt) ⇒ = ωVpcos( ωt) 

dt 

dvi 

dvi 

π 

( ) 

max 

= ( ) = ωVpcos( − θc) = ωVpsin( θc) 

ωVpθc 

dt dt 

2 

π 

ωt= −θc 

2 

v 

V −V V V 

i = ⇒ i = ⇒ i = CωV 

θ + 

i 

p r p p 

L L π 

Dmax 

p c 

R ( ωt= −θc 

) 

2 

R R R 

On a : θ 

c 

2V 

Vp Vp 2V 

r 

p 

ωΔ t = et C = ⇒ iD 

= (1 + 2 π ) 

V V fR R V 

= 

max 

p r r


© A. Khouas, 2005 



avec filtre 

Soit le redresseur simple alternance avec une capacité, on 

suppose qu’on a un signal sinusoïdal avec f=60Hz et 

V p =100V. On suppose qu’on a une résistance de charge 

R=1kΩ. On suppose que la diode est idéale. 

a) Quelle est la valeur de la capacité qui donne V r =2V ? 

b) Quel est la fraction de période pendant laquelle la diode 

conduit ? 

c) Quel est le courant moyen traversant la diode ? 

d) Quel est le courant maximum traversant la diode ?


© A. Khouas, 2005 



avec filtre 

a) Calcul de la valeur de la capacité qui donne V r =2V 

Vp 

Vp 

100 

Vr 

= ⇒ C = = = 83.3μF 

4 

fRC V fR 2× 60× 

10 

b) Calcul de la fraction de période 

2V 

r 

2× 

2 

On a : θc 

= ωΔ t = = = 0.2rad 

V 100 

θc 

0.2 

⇒ La fraction est : = = 3.18% 

2π 

2π 

p 

r


© A. Khouas, 2005 



avec filtre 

c) Calcul du courant moyen traversant la diode 

i 

Dmoy 

Vp 

2V 

= + π = × + π = 

R V 

p −2 

(1 ) 10 (1 100) 324 

r 

mA 

d) Calcul du courant maximum traversant la diode 

i 

Dmoy 

Vp 

2V 

= + π = × + π = 

R V 

p −2 

(1 2 ) 10 (1 2 100) 638 

r 

mA

Superdiode 

Problématique : 

• Les applications des diodes (redresseur, ecrêteur, …etc.) 

ne fonctionnent pas si le signal à traiter a une amplitude 

plus faible que la tension de polarisation en directe d’une 

diode normale 

Solution : superdiode 

• Il faut utiliser un redresseur de précision (superdiode) 


© A. Khouas, 2005

Superdiode 

Redresseur simple alternance avec superdiode, a) circuit et 

b) fonction de transfert du redresseur 




© A. Khouas, 2005

Autres applications des diodes 

Écrêteur 

• Permet d’éliminer une partie du signal d’entrée tout en 

laissant passer le signal le reste du temps 

 

 

Verrouilleur 

Limiter l’amplitude 

Permettre la transmission d’une partie de l’onde 

• Permet de changer à la hausse ou à la baisse, la valeur 

moyenne de la composante continue de l’onde d’entrée. 

Multiplicateur de tensions 


© A. Khouas, 2005

Écrêteur 

Redresseur simple alternance avec superdiode, a) circuit et 

b) fonction de transfert du redresseur 




© A. Khouas, 2005

Écrêteur 

Différentes configurations de circuits écrêteurs 




© A. Khouas, 2005

Verrouilleur 

Exemple d’un circuit de verrouillage, a) tension d’entrée, b) 

circuit et c) tension de sortie 




© A. Khouas, 2005

Multiplicateur de tension 

Multiplicateur de tension, a) circuit et b) tension de sortie 




© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 

Autres types de diodes 

Diode électroluminescente « Light Emiting Diode 

(LED) » 

Diode Schottky 

Diode capacitive 

Diode à effet tunnel 

Photodiodes 

piles solaires (piles photovoltaïque)

Diode électroluminescente (LED) 

Fonctionnement 

• Sous l'effet de la différence de tension 

appliquée à la jonction PN, les électrons et 

les trous se recombinent et donnent 

naissance à des photons, d'où l'émission 

de lumière 

• Cette recombinaison exige un changement 

du niveau d’énergie des électrons libres, la 

longueur d’onde est lié au GAP d’énergie 

du semi-conducteur 

• La couleur émise par la LED est liée à la 

longueur d’onde 


© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 

Diode électroluminescente (LED) 

Les LED sont apparues vers les années 1960 

Types de LED 

• LED unicolore 

 

Rouge, vert, blanche et bleu (les 2 dernières sont récentes) 

• LED bicolore et tricolore 

• LED organiques 

Applications 

• Voyants lumineux pour appareils électroniques 

• Éclairage (durée de vie, consommation et maintenance) 

 

 

 

Feux de signalisation (rouge et orange) 

Automobile interne et externe 

Enseignes lumineuses


© A. Khouas, 2005 


La jonction d’une diode de Schottky 

est constituée d’un métal et d’un 

semi-conducteur 

• L’électron est le porteur 

majoritaire dans les deux 

matériaux (le nombre de trous 

dans le métal est négligeable) 

• C’est cette particularité qui est 

responsable des caractéristiques 

exceptionnelles de la diode de 

Schottky 

Diode de 

Schottky 

Diode à 

jonction 

p-n 

i 

Diode de 

Schottky 


pointe de 

contact 


jonction 

p-n 


pointe de 

contact 

v


Avantages 

• La faible capacité de jonction permet d’utiliser ce type de 

diode dans les applications à très hautes fréquences (RF) 

 

La diode de Schottky peut opérer jusqu’à des fréquences de 

l’ordre de 20GHz 

• Le potentiel de jonction, pour un courant donné, est plus 

faible que les diodes conventionnelles et le temps de 

rétablissement est très cour (10ns), même pour des forts 

courants 

• Faible facteur de bruit 

• Faible dissipation d’énergie 


© A. Khouas, 2005


© A. Khouas, 2005 

Conclusion 

Ce qu’il faut retenir : 

• Il est important de retenir les techniques d’analyse des 

circuits contenant des diodes et non les résultats obtenus

Conclusion 

Aujourd’hui : 

• On a appris comment utiliser les diodes pour réaliser 

certaines applications 

La semaine prochaine : 

• Afin de mieux comprendre les caractéristiques i-v, les 

équations et les limitations des diodes et aussi des 

transistors, on s'intéressera à la structure physique de la 

diode réalisée avec une jonction PN sur silicium 


© A. Khouas, 2005

Exercice 1 

Soit une diode Zener ayant une tension de 10V pour 

un courant de 10mA et une résistance incrémentale 

de 50Ω. Donner la tension de la diode pour les cas 

suivants : 

a) On divise par deux le courant 

b) On multiplie par deux le courant 

c) Quelle est la valeur de V Z0 

ELE2302 – Chap. 3 : Diodes – Applications 

69 

©A. Khouas

Solution exercice 1 

Soit une diode Zener ayant une tension de 10V pour 

un courant de 10mA et une résistance incrémentale 

de 50Ω. Donner la tension de la diode pour les cas 

suivants : 

a) On divise par deux le courant 

Chute de tension de 0.250 V 

b) On multiplie par deux le courant 

Gain de tension de 0.5 V 

c) Quelle est la valeur de V Z0 

9.5V 


70 

©A. Khouas

Exercice 2 

Soit le régulateur de tension vu en cours avec les 

caractéristiques suivante pour la diode Zener: 

6.8V-5mA avec I ZK 


=20Ω. 

a) Si on suppose que la puissance maximum de la 

diode est de 30 mW, calculer la résistance de 

charge R L 

maximum qu’on peut utiliser sans 

endommager la diode. On suppose que R=0.5kΩ 

et V + =10V. 

b) Pour la même puissance maximum, et si on 

suppose que R=0.5kΩ et R L 

=10kΩ, calculer la 

tension V + maximum qu’on peut appliquer sans 

endommager la diode. On suppose que 


71 



©A. Khouas


Soit le régulateur de tension vu en cours avec les 

caractéristiques suivante pour la diode Zener: 6.8V- 

5mA avec I ZK 


=20Ω. 

a) Si on suppose que la puissance maximum de la diode est 

de 30 mW, calculer la résistance de charge R L 

maximum 

qu’on peut utiliser sans endommager la diode. On 

suppose que R=0.5kΩ et V + =10V. 

3.4 kΩ 

b) Pour la même puissance maximum, et si on suppose que 

R=0.5kΩ et R L 

=10kΩ, calculer la tension V + maximum 

qu’on peut appliquer sans endommager la diode. On 

suppose que 

14.4 V 


72 



©A. Khouas

Exercice 3 

Soit le redresseur simple vu en classe avec une tension d’entrée 

v s triangulaire ayant V CC =20V et une fréquence de 1kHz. On 

suppose que la résistance de charge R=100Ω, et que la 

diode possède un V DO =0,7V et une résistance r D négligeable 

devant R. 

1) Quelle est la valeur moyenne de la tension de sortie v o ? 

2) Quel est l’intervalle de temps pendant lequel la diode conduit ? 

3) Quel est le courant moyen dans la diode pendant la conduction ? 

4) Quel est le courant maximum passant dans la diode ? 


73 

©A. Khouas


Soit le redresseur simple vu en classe avec une tension d’entrée 

v s triangulaire ayant V CC =20V et une fréquence de 1kHz. On 

suppose que la résistance de charge R=100Ω, et que la 

diode possède un V DO =0,7V et une résistance r D négligeable 

devant R. 

1) Quelle est la valeur moyenne de la tension de sortie v o ? 

2.15 V 

2) Quel est l’intervalle de temps pendant lequel la diode conduit ? 

0.465 ms par période de 1 ms 

3) Quel est le courant moyen dans la diode pendant la conduction ? 

43 mA 

4) Quel est le courant maximum passant dans la diode ? 

93 mA 


74 

©A. Khouas

Exercice 4 

Soit un redresseur double alternance en pont est alimenté par 

l’intermédiaire d’un transformateur branché sur le secteur à 

120V, 60Hz. Le rapport de transformation du transformateur 

est Ns/Np=1/1. On suppose que la charge résistive est égale 

à 1kΩ et que le comportement des composants est idéal 

1) Calculer le courant moyen dans la charge 

2) Calculer le courant moyen dans chaque diode 

3) Calculer la tension inverse de crête supportée par chaque diode 

4) Calculer la puissance continue dissipée dans la charge 


75 

©A. Khouas


Soit un redresseur double alternance en pont est alimenté par 

l’intermédiaire d’un transformateur branché sur le secteur à 

120V, 60Hz. Le rapport de transformation du transformateur 

est Ns/Np=1/1. On suppose que la charge résistive est égale 

à 1kΩ et que le comportement des composants est idéal 

1) Calculer le courant moyen dans la charge 

108 mA 

2) Calculer le courant moyen dans chaque diode 

54 mA 

3) Calculer la tension inverse de crête supportée par chaque diode 

169.7 V 

4) Calculer la puissance continue dissipée dans la charge 

11.7 W 


76 

©A. Khouas

Exercice 5 

Répondre aux questions de l’exemple du redresseur 

simple alternance avec filtre (vu en cours) en 

supposant maintenant que la diode a une chute de 

tension de 0.7V. 


77 

©A. Khouas


Répondre aux questions de l’exemple du redresseur 

simple alternance avec filtre (vu en cours) en 

supposant maintenant que la diode a une chute de 

tension de 0.7V. 

Il faut remplacer V p 

par (V p 

-V D0 

) 


78 

©A. Khouas

Exercice 6 

Soit le redresseur en pont au quel on ajoute une capacité C en 

parallèle avec la résistance de charge R. On considère un 

signal v s 

avec f=60Hz et V srms 

=12V. On suppose que les 

diodes ont un V DO 

=0,8V et une résistance r D négligeable 

1) Quelle doit être la valeur de C pour que la tension d’ondulation 

n'excède pas 1V crête-à-crête lorsqu’on a une charge de 100Ω ? 

2) Quelle est la tension moyenne de sortie ? 

3) Quel est le courant moyen traversant la charge ? 

4) Quel est l’angle de conduction des diodes? 


79 

©A. Khouas


Soit le redresseur en pont au quel on ajoute une capacité C en 

parallèle avec la résistance de charge R. On considère un 

signal v s 

avec f=60Hz et V srms 

=12V. On suppose que les 

diodes ont un V DO 

=0,8V et une résistance r D négligeable 

1) Quelle doit être la valeur de C pour que la tension d’ondulation 

n'excède pas 1V crête-à-crête lorsqu’on a une charge de 100Ω ? 

1281 μF 

2) Quelle est la tension moyenne de sortie ? 

14.9 V 

3) Quel est le courant moyen traversant la charge ? 

149 mA 

4) Quel est l’angle de conduction des diodes? 

0.36 rad 


80 

©A. Khouas

Exercice 7 

Soit le circuit ci-contre 

1) De quel type de circuit s’agit-il ? 

2) En supposant que les diodes sont 

idéales, donner la fonction de 

transfert du circuit. 

3) Même question, mais en supposant 

que les diodes ont une chute de 

tension V D0 

=0.7V. 

4) Même question, mais en supposant 

que les diodes ont une chute de 

V D0 

=0.7V et une résistance 

dynamique r D 

=100Ω. 


81 

©A. Khouas


Soit le circuit ci-contre 

1) De quel type de circuit s’agit-il ? 

2) En supposant que les diodes sont 

idéales, donner la fonction de transfert 

du circuit. 

v o 

= v I 

pour -5

V - Cours - Ãcole Polytechnique de MontrÃ©al

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

V - Cours - Ãcole Polytechnique de MontrÃ©al